Download as PDF, PPTX
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (T)
- 1. เรื่อง กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง รายวิชาชีววิทยาเพิ่มเติม 3 ภาคเรียนที่2 ปีการศึกษา 2559 คุณครูฐิตารีย์ สาเภา โรงเรียนท่ามะกาวิทยาคม สานักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาเขต 8 (กาญจนบุรี-ราชบุรี)
- 2.
- 3. เซลล์สาหร่ายหางกระรอก เซลล์เยื่อหอม คาถาม :เราสามารถพบคลอโรพลาสต์ได้ที่ไหน และคลอโรพลาสต์มีหน้าที่อะไร
- 4.
- 5.
- 6.
- 7. เยื่อหุ้มชั้นนอก (outermembrane): เรียบ ประกอบด้วย Phospholipid และ Protein หน้าที่ควบคุมการผ่านของสารใน cytoplasm กับ Chloroplast เยื่อหุ้มชั้นใน (inner membrane): เยื่อหุ้มชั้นถัดเข้ามาจากเยื่อหุ้มชั้นนอก ไทลาคอยด์ (Thylakoid): เนื้อเยื่อส่วนที่พับเหมือนเป็นถุงที่มีลักษณะแบนซ้อนทับ กันเป็นชั้น ภายในมีช่องที่เรียกว่า lumen ซึ่งมีของเหลวและรงควัตถุต่างๆ บรรจุ อยู่ กรานุม (Granum): ส่วนของไทลาคอยด์ที่มีลักษณะคล้ายเหรียญซ้อนทับกันเป็น ชั้นๆ สโตรมา (Stroma): ของเหลวภายในคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยเอนไซม์ต่างๆ ที่ จาเป็นสาหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง สโตรมาลาเมนลา (Stroma lamella): เนื้อเยื่อไทลาคอยด์ส่วนที่ไม่ได้ทับซ้อนกันซึ่ง อยู่ระหว่างกรานุม โครงสร้างของ CHLOROPLAST
- 8. มีคลอโรฟิลล์ และสารสีอื่นๆ ติด อยู่ กลุ่มของสารสีระบบแสงI (P700) และระบบแสง II (P680) แกรนูล : รับพลังงานแสงทาให้ อิเล็กตรอนมีพลังงานสูงขึ้น เป็นที่ อยู่ของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการ ถ่ายทอด e- ในปฏิกิริยาใช้แสง ไทลาคอยด์ (THYLAKOID):
- 9. มีเอนไซม์ที่จาเป็นสาหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง มี DNA RNAและไรโบโซมทาให้คลอโรพลาสต์จาลองตัวเอง และผลิต โปรตีนที่เป็นเอนไซม์ที่ใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง สโตรมา (STROMA):
- 10. ทดลองสกัดคลอโรฟิลล์และแคโทนอยด์จากใบพืชแล้วผ่านแสงแต่ละสีเข้าไป จากนั้น วัดปริมาณแสงที่คลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ดูดกลืนไว้ สารสีในปฏิกิริยาแสง คลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์บี และแคโรที นอยด์ พบในใบพืชและสามารถดูดกลืน แสงในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน คลอโรฟิลล์เอ ดูดกลืนแสงได้ 2 ช่วง คือ ช่วงความยาวคลื่น 450 และ 680 nm แต่ ไม่ดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่น 500- 600 nm คลอโรฟิลล์บี และแคโรทีนอยด์ ดูดกลืน แสงได้ในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน
- 11. การทดลองวัดอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ช่วงความยาวคลื่น 500-600 nmสารสี 3 ชนิดไม่มีการดูดกลืน แสง แต่พบว่ามีการสังเคราะห์ด้วยแสง แสดงให้เห็นว่าในพืชอาจ มีสารสีชนิดอื่นที่สามารถดูดกลืนแสงและเกิดการสังเคราะห์ด้วย แสงได้
- 12. เปรียบเทียบกราฟ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้มากในช่วงที่สารสีชนิดต่างๆ ดูดกลืนแสงได้มาก แสดงว่าการดูดกลืนแสงของสารสีชนิดต่างๆน่าจะเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง
- 13.
- 14. Chlorophyll Carotenoid Phycobilin Bacteriochlorophyll สารสีในปฏิกิริยาแสง
- 15. สารสีเขียว พบในพืชสาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย ทาให้พืชสามารถนาพลังงานแสงมาใช้ในกระบวนการ สังเคราะห์แสงได้ ดูดกลืนแสงสีน้าเงินและแสงสีแดงได้ดี Chlorophyll a : สีเขียวแกมน้าเงิน พบในพืช และ สาหร่ายทุกชนิด ดูดกลืนแสงสีม่วงและน้าเงินได้ดีที่สุด รองลงมาคือสีแดง และดูดกลืนแสงสีเขียวได้น้อยที่สุด Chlorophyll b : สีเขียวแกมเหลือง พบในพืช สาหร่าย ยูกลีนา ดูดกลืนแสงสีน้าเงินได้ดีที่สุด รองลงมา คือ แสงสีส้ม ดูดกลืนแสงสีเขียวได้น้อยที่สุด พบอยู่ รวมกัน Chlorophyll a Chlorophyll c : มีสีเขียว พบในสาหร่ายสีน้าตาล ได อะตอม Chlorophyll d : มีสีเขียว พบในสาหร่ายสีแดง และ กรีนแบคทีเรีย CHLOROPHYLL
- 16. สารประกอบพวกไขมัน พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่สังเคราะห์แสงได้ ประกอบด้วย 2 ชนิด Carotene : สีแดง/สีส้ม พบในพืชและ สาหร่ายทุกชนิด ถูกสังเคราะห์ต่อเป็นวิตามิน A ในร่างกายสัตว์ Xanthophyll : สารสีเหลือง/สีน้าตาล พบในพืช และสาหร่ายทุกชนิด CAROTENOID
- 17. มีเฉพาะสาหร่ายสีแดงและไซยาโน แบคทีเรีย Phycoerythrin: สีแดงแกมน้าตาล พบ ในสาหร่ายสีแดง ดูดกลืนแสงสีเขียวได้มาก ที่สุด Phycocyanin : สีเขียวแกมน้าเงิน พบใน สาหร่ายสีเขียวแกมน้าเงิน ดูดกลืนแสงสีเขียว และสีแดงได้มากที่สุด PHYCOBILIN
- 18. สารสีเขียว คล้ายคลอโรฟิลล์เอมีแคโรทีนอยด์หุ้ม เห็นเป็นสีแดง สีม่วง หรือสีเหลือง ส่วนใหญ่พบใน green bacteria BACTERIOCHLOROPHYLL
- 19. สารสีในปฏิกิริยาแสง กลุ่มของสารสีที่ฝังตัวบนเยื่อไทลาคอยด์ในคลอโรพลาสต์ มีหน้าที่รับพลังงานแสงและส่ง ต่อจนถึงคลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษที่ศูนย์กลางปฏิกิริยา กลุ่มสารสีที่รับและส่งพลังงานแสง เรียกว่า antenna
- 20.
- 21. สารสีมีโครงสร้างโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ นิวเคลียส การเคลื่อนที่ของe- มีหลายระดับพลังงาน และสามารถเปลี่ยนระดับ พลังงานได้เมื่อได้รับพลังงานที่เหมาะสม e- ที่เคลื่อนที่อยู่ในระดับพลังงานปกติจะเป็น e- ที่อยู่ในสถานะพื้น (ground state) เมื่อโมเลกุลของสารสีดูดกลืนพลังงานแสง e- จะถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูงขึ้น จนเกิด การเคลื่อนที่สู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นเรียก e- นี้ว่า e-ในสถานะถูกกระตุ้น (excited state) e-ในสถานะถูกกระตุ้น ไม่คงตัว จึงปล่อยพลังงานออกเพื่อกลับสู่สภาวะปกติ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถ่ายทอดจากสารสีโมเลกุลหนึ่งไปสู่สารสีโมเลกุลอื่น และจะ ถูกส่งต่อไปเรื่อยๆ จนเข้าสู่คลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษซึ่งเป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยา ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานที่เหมาะสมจะทาให้ e- หลุดออกจากโมเลกุลและมีตัวรับ e- มารับ แล้วถ่ายทอดพลังงานไปยังตัวรับ e- อื่นๆ อีกหลายตัวจนกระทั่งถึงตัวรับ e- ตัวสุดท้าย สารสีในปฏิกิริยาแสง
- 22. antenna และศูนย์กลางปฏิกิริยาฝังตัวอยู่ในกลุ่มของโปรตีนที่ thylakoid membrane ซึ่งมีตัวรับ e- รวมอยู่ด้วย กลุ่มของโปรตีน สารสี ตัวรับ e- รวมเรียกว่า ระบบแสง (Photosystem ; PS) พืชชั้นสูงมีระบบแสง 2 ชนิด คือ ระบบแสง I และระบบแสง II ระบบแสง I : รับพลังงานแสงที่มีความยาวคลื่น 700 nm เรียกว่า p700 ระบบแสง II : รับพลังงานแสงที่มีความยาวคลื่น 680 nm เรียกว่า P680 สารสีในปฏิกิริยาแสง
- 23. ปัจจัยสาคัญในการสังเคราะห์ด้วย แสง คือแสง CO2 และ H2O พืชมี organelle ที่สาคัญใน กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงคือ คลอโรพลาสต์ ซึ่งพบในทุกเซลล์ ของอวัยวะพืชที่มีสีเขียว แบ่งเป็น 2 ขั้นตอน คือ ปฏิกิริยา แสง (light reaction) เกิดที่เยื่อ Thylakoid กับ การตรึง CO2 (carbondioxide fixation) เกิด ที่ stroma กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
- 24. การทดลองของอาร์นอน ทาให้ทราบว่าพืชดูดกลืนพลังงานแสงไว้ในคลอโรพลาสต์ และเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมีในรูปของ ATP และ NADPH ที่พืชเอาไป ใช้ต่อได้ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาแสง (light reaction) ปฏิกิริยาแสง (LIGHT REACTION)
- 25. บน Thylakoidmembrane มี ระบบแสง I ระบบแสง II และโปรตีนหลายชนิดทา หน้าที่รับและถ่ายทอด e- ปฏิกิริยาแสง (LIGHT REACTION)
- 26. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร (non-cyclic electrontransfer) การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร (cyclic electron transfer) ถ่ายทอดอิเล็กตรอน
- 27. พืชได้รับพลังงานแสง ปฏิกิริยาเริ่มจากantenna complex ถ่ายทอด e- ต่อให้กับ reaction center ทั้งใน PSI และ PSII (เกิดพร้อมกัน) PSII เมื่อถูกกระตุ้นโดยพลังงานแสง และ e- ถูกถ่ายทอดไปแล้ว ส่งผลให้มีการดึง e- จาก โมเลกุลน้า โดยปฏิกิริยาแยกโมเลกุลของน้าจากพลังงานแสง หรือ photolysis PSII ส่งต่อ e- ให้ตัวรับเช่น Plastoquinone (Pq), Cytochrome b6f (Cytochrome complex), Plastocyanin (Pc) ในที่สุดก็จะส่งทอด e- ถึง PSI e- จะถูกลาเลียงต่อไปยัง Ferredoxin (Fd) ซึ่งจะให้ e- กับ NADP+ ซึ่งถือเป็นตัวรับ e- ตัวสุดท้าย โดยการเร่งปฏิกิริยาของ เอนไซม์ Ferredoxin-NADP reductase (FNR) NADP+ จะได้รับ 2e- และ 1H+ ทาให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็น NADPH เกิดขึ้นใน stroma ของ chloroplast การถ่ายทอด e- ทาให้มีการสะสมโปรตอน (H+) ใน lumen จึงมีการปลดปล่อย H+ จาก lumen สู่ stroma เกิดการ pump H+ เรียกว่า Chemiosmotic gradient ซึ่งจะถูก นาไปใช้สร้าง ATP โดยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ATP synthase การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร
- 28.
- 29. Photophosphorylation :การสร้าง ATP จากการเติมหมู่ ฟอสเฟตให้กับ ADP ควบคู่ไปกับการถ่ายทอด อิเล็กตรอน ซึ่งพลังงานแสงทาให้น้าแตกตัว ให้ O2, H+, และ e- โดย e- ถูกส่งไปตามลูกโซ่ในคลอโรพลาสต์ ทาให้เกิดพลังงงาน PSII : ได้รับ e- ทดแทนมาจากน้า PSI : ได้รับ e- ทดแทนมาจาก PSII เนื่องจากสูญเสีย e- ไปให้ NADP+ ได้ผลิตภัณฑ์ เป็น NADPH ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการถ่ายทอด e- แบบไม่เป็นวัฏจักร : ATP, NADPH, และได้ O2 และ H+ จากการแตกตัวของน้า การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร
- 30. บางสภาวะ แสงกระตุ้นให้มีการถ่ายทอดe- ออกจาก reaction center และเคลื่อนย้าย ไปยัง ตัวรับ e- Ferrydoxin ไม่สามารถส่ง e- ไปยัง NADP+ ได้ แต่กลับส่ง e- ให้กับ Cytochrome b6f complex แทน ทาให้เกิดการเคลื่อนย้าย H+ เข้าสู่ lumen และในที่สุดก็จะส่งทอด e- กลับมาที่ reaction center ของ PSI อีก วนเป็นวัฏจักร การสร้าง ATP เกิดจากความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ thylakoid membrane ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการถ่ายทอด e- แบบเป็นวัฏจักร คือ ATP การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร
- 31.
- 32.
- 33. รายละเอียด แบบไม่เป็นวัฏจักร แบบเป็นวัฏจักร ระบบที่เกี่ยวข้องทั้ง PS I และ PS II PS I เท่านั้น ความยาวคลื่นแสงที่ เกี่ยวข้อง ตั้ง 680 nm ขึ้นไป (680,700 nm) 700 nm จานวน ATP ต่อ e- 1 คู่ 2 ATP 2 ATP Photolysis เกิด ไม่เกิด O2 เกิด ไม่เกิด NADPH+H+ เกิด ไม่เกิด ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ATP, NADPH, O2, H+ ATP ตารางสรุปความแตกต่างของการถ่ายทอดอิเล็กตรอน
- 34. เกิดขึ้นหลังจากปฏิกิริยาแสง เพื่อนาCO2 จากสิ่งแวดล้อมมาใช้ในการสร้าง สารประกอบประเภทคาร์โบไฮเดรต อาศัยพลังงาน ATP และ NADPH ที่ได้จาก ปฏิกิริยาแสง และเกิดขึ้นเป็นวัฏจักร ค้นพบโดย เมลวิน คัลวิน (Melvin Calvin) และ แอนดรู เอ เบนสัน (Andrew A. Benson) ตาแหน่งที่เกิด : Stroma ของ Chloroplast ประกอบด้วยปฏิกิริยา 3 ขั้นตอน คือ (1) carboxylation (2) reduction (3) regeneration การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 FIXATION)
- 35. ปฏิกิริยาการตรึง CO2: เริ่มจาก CO2 ทาปฏิกิริยากับ ribulose 1,5-bisphosphate หรือ RuBP ซึ่งเป็นน้าตาลที่มี C 5 อะตอม โดยมีเอนไซม์ ribulose 1,5- bisphosphate carboxylase oxygenase หรือ Rubisco เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์เป็นสารที่คาร์บอน 6 อะตอม แต่เป็นสารที่ไม่เสถียรจะสลายตัวเป็น phosphoglycerate หรือ PGA ที่มีคาร์บอน 3 อะตอม จานวน 2 โมเลกุล ถ้า CO2 3 โมเลกุล รวมตัวกับ RuBP 3 โมเลกุล ได้เป็น PGA 6 โมเลกุล (1) CARBOXYLATION
- 36. PGA จานวน6 โมเลกุล จะถูกรีดิวซ์โดยรับหมู่ ฟอสเฟตจาก ATP กลายเป็น 1,3- bisphosphoglycerate (1,3 BPG) จากนั้น 1,3-bisphosphoglycerate (1,3 BPG) ถูกรีดิวซ์โดยรับอิเล็กตรอนจาก NADPH ได้เป็นน้าตาลที่มีคาร์บอน 3 อะตอมคือ glyceraldehyde 3-phosphate หรือ G3P หรือ phosphoglyceraldehyde หรือ PGAL หลังจากสิ้นสุดขั้นตอนนี้จะเกิด G3P/PGAL ขึ้น 6 โมเลกุล ซึ่งน้าตาลที่มี C 3 อะตอมนี้ถือเป็น น้าตาลตัวแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคัลวิน (2) REDUCTION
- 37. เป็นขั้นตอนที่สร้าง RuBPขึ้นมาใหม่ เพื่อ กลับไปรับ CO2 เข้าสู่วัฏจักรคัลวินใหม่ โดย G3P ที่เกิดขึ้น 5 โมเลกุล จะถูกนาไปสร้าง RuBP ได้ 3 โมเลกุล ซึ่งจะต้องอาศัย ATP ที่ได้ จากปฏิกิยาแสง น้าตาล G3P ที่เหลือ 1 โมเลกุลจะถูกนาไป สร้างเป็นน้าตาลกลูโคสและน้าตาลไดแซกคาร์ ไรด์ เช่น น้าตาลซูโครส เพื่อลาเลียงไปยังส่วน ต่างๆของพืช หรือสะสมในรูปเม็ดแป้ง ใน Chloroplast หรือนาไปสร้างสารประกอบ อินทรีย์ เช่น กรดไขมัน กรดอะมิโน (3) REGENERATION
- 38. CO2 FIXATION สรุปCalvin Cycle จานวน 1 รอบ ใช้ CO2 3 โมเลกุล RuBP 3 โมเลกุล ATP 9 โมเลกุล NADPH 6 โมเลกุล ได้ ADP+Pi 9 โมเลกุล NADP+ 6 โมเลกุล G3P/PGAL 1 โมเลกุล